Устройство для контроля полупроводниковой структуры

,1422001 01 В 21 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Фиг.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной техпике. Цель изобретения - повьппение точности и надежности обнаружения дефектов путем вычитания видеосигналов от одного и того же участка структуры цри разных типах освещения. Полупроводниковые структуры размещают в зоне контроля цри помощи блока 2 церемещения структуры. Блоком 1 управления включаются осветители блока 5 утлового освещения структуры, в результате на мишени фотоприемного блока 10 формируется темноцольное изображение рисунка металлизации. Изображение преобразуется блоком 1 аналого-цифрового преобразования в цифровой код и записывается в блок 12 хранения. Затем блоком 1 управления включается блок 4 нормального освещения структуры. Блок 8 пространственного фильтра выделяет из отраженного структурой потока спектр, характеризующий дефекты структуры и края рисунка металлизации. После цреобразования видеосигнал поступает в блок суммирования, на суммирующий вход которого поступает видеосигнал, характеризующий рисунок металлизации, В блоке 13 видеосигналы вычитаются, появление сигнала высокого уровня на его выходе свиде-тельствует о дефектном участке структуры. 35 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля кристаллов интегральных схем после операции разделения,Цель изобретения - повышение точности и надежности обнаружения дефектов путем вычитания видеосигналов от одного И того же участка структуры при разных типах освещения.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - диафрагма блока пространственного фильтра, общий вид; на фиг. 3 - схема фотоприемного блока.Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 управления, блок 2 перемещения структуры, флок 3 управления освещением структуры, блок 4 освещения по нормали, блок 5 углового освещения структуры, блок 6 передачи освегцения, фокусируюший блок 7, блок 8 пространственного фильтра, блок 9 оптического увеличения, фотоприемный блок 10, блок 11 аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок 12 бездефектного изображения структуры и блок 13 суммирования.Первый выход 14 блока 1 управления соединен с входом блока 2 перемещения структуры, второй, третий выходы 15 и 16 - с первым и вторым входами 7 и 18 фотоприемного блока 10, четвертый выход 19 - с входом блока 13 управления освещением структуры, пятый выход 20 - с первым входом блока 13 суммирования. Первый, второй и третий входы 2 - 23 блока 1 соединены, соответственно с первым выходом 24 фотоприемного блока 1 О и первым, вторым выходами блока 13 суммирования, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно, с вторым выходом 25 блока 10, выходом блока 11 АЦП и выходом блока 12 хранения бездефектного изображения. Первый, второй и третий входы блока 12 соединены с первым, третьим выходами 24 и 26 блока 1 О и выходом блока 11 АЦП, первый, второй и третий входы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входами 27 - 29 фотоприемного блока 10.Устройство также содержит последовательно расположенные на одной оптической оси фокусирующий блок 7, блок 6 передачи освещения, блок 8 пространственного фильтра и блок 9 оптического увеличения.Блок 1 управления предназначен для формирования сигналов управления щаговыми двигателями блока 2 перемещения структуры управления работой блока 3 управления освещением структуры формирования сигналов управления фотоприемного блока 10, формирования сигналов управления блоком 13 суммирования, а также для приема, обработки сигналов изображения и вывода на экран монитора результатов контроля.Блок 1 управления может быть выполнен на базе управляющей ЭВМ Электроника. 2Блок 2 перемещения структуры содержит координатный стол с двумя степенями свободы и предназначен для перемещения контролируемой структуры в поле зрения фокусирующего блока 7. Конструктивно он может быть выполнен на базе координатного стола установки контроля приборов по электропараметрам Зонд 1-А. Два шаговых двигателя по координатам Х и У управляются импульсами, поступающими с первого выхода блока 1 управления.Блок 3 управления освещением структуры предназначен для поочередного включения блоков 4 и 5 и содержит источники питания осветителей блоков 4 и 5, включаемые-выключаемые по сигналам управления, поступающим с четвертого выхода блока 1 управления.Блок 4 освещения по нормали структуры служит для освещения контролируемой структуры импульсным когерентным светом и представляет собой импульсный полупроводниковый лазер типа ИЛПИ, генерирующий импульсы излучения по команде с блока 3.Блок 5 углового освещения структуры предназначен для формирования темнопольного освещения, содержит два излучателя ИФК 50-1, расположенных под углом 45 к координатным слоям структуры, и осуществляет подсвет структуры с двул сторон. Блок 6 передачи освещения предназначен для формирования коллимированного пучка света и передачи освещения с блока 4 на контролируемую структуру. Он содержит фор мирователь оптического пучка, состоящий из объектива и поворотного зеркала небольших размеров, расположенного на пересечении оптических осей блоков 4 и 7. Формирователь пучка строит изображение излучающего кристалла полупроводникового лазера блока 4 в фокальной плоскости фокусируюшего блока 7, поворотное зеркало направляет этот пучок через фокусирующий блок 7 на контролируемую структуру,Фокусирующий блок 7 предназначен для формирования коллимированного пучка света, освещающего контролируемую структуру и формирования спектра пространственных частот контролируемой структуры. В качестве фокусируюшего блока может быть использован объектив микроскопа МБС- с фокусным расстоянием 80 мм.Блок 8 пространственного фильтра (фиг. 2) предназначен для блокировки спектра пространственной бездефектной структуры и состоит из набора ромбовидных непрозрачных диафрагм с общим центром в О, расположенным на оптической оси фокусируюшего блока 7 и блока 9 оптического увеличения. При этом направления меньших диагоналей ромбовидных диафрагм параллельны направлениям краев элементов, 142200110 5 20 25 30 35 40 45 50 55 ЛВ)- - ,где 1,длина волны света;Г - фокусное расстояние объектива фокусирующего блока 7;а - размер характерного (наиболеечасто встречающегося) элемента контролируемой структуры.В энергетическом отношении целесообразнее в качестве блокирующих элементов использовать диафрагмы, ширина которых уменьшается при удалении от центра Наблюдающееся при этом усиление краев рисунка не влияет на работоспособность устройства, так как блоком 13 суммирования производится вычитание, в результате чего информация о светящихся краях пропадает.Каждая ромбовидная диафрагма блокирует спектр пространственных частот только от элементов, ориентированных соответствующим образом, т.е. Ориентация мень 3расположенных ца контролируемой структуре. Число диафрагм определяется наличием на контролируемой структуре элементов, расположенных под углом по отношению к преобладающей прямоугольной топологии (на фиг. 2 показан пространственный фильтр для элементов прямоугольной топологии с элемс нтами, расположенными под углом 45.Отношения длин большей диагонали к меньшей (ЛВ:СД), не меньше некоторой константы, определяемой относительным отверстием объектива фокусирующего блока 7, характерным размером элемента структуры и длиной волны света. излучаемого блоком 4.Такое выполнение филь)ра обьясняется следующими факторамк. Кристаллы современных интегральных схем представляют собой структуры с преимущественно прямоугольной топологией. Кроме прямоугольных элементов топология может содержать также элементы с прямыми краями, но расположенныс под углами 30, 45 и 60 по отношению к преобладающей топологии. При дифракции на такой структуре распределение света в плоскости пространственного фильтра будет иметь вид набора яркостных линий, пересекающихся в одной точке, причем направление этих линий перпендикулярно краям элементов, имеющихся на контролируемой структуре. Каждая яркостная лиция есть результат дифракций света на перпендикулярных по отношению к ней краях элементов контролируемой структуры. При дифракции на прямоугольных элементах в нулевом порядке сосредоточено около 9000 энергии, поэтому, чтобы блокировать спектр правильного рисунка, ширина диафрагмы должна быть не меньше ширины яркостной линии нулевого порядка и определяется выражением шей диагоца,1: ромба должна совпа 1 ать с ориентацией краев этих элементов.Блок 9 оптического увеличения содержит обьектив, формирующий изображение структуры на фотоддтчике фотоприемного блока 10 (объектив от микроскопа МБС).Фотоприемный б)ок0 предназначен для преобразования оптического изображения в электрические сигналы, формированкя управляющих и синхросигцалов для блоков 11- - 3 формирования текущего адреса дефекта структуры.Схема фотоприемного блока изображена нд фи 3. Блок 10 содержит фотоприемнкк ДЛЗ. усилитель ДЛ, узел выборки и хранения ДЛ 2, генератор тактовых импульсов Д 2, коммутатор фаз Д 1 Д 2, 1 ДЗ. Л 3,2;Д.З.З, двоичный счетчик ДЗ. Д 4,Д)5, логические схемы х правления Д 6, Д 7,ДЗ,Д 9 Д 10 и шесть идентичных ключей КЛ 1, КЛ 6Выход ДЛ 2 яв,яется четвертым выходом 27 блока О, сигналы изображения с которого поступают нд первый вход блока 11 аналого-цифрового преобразования. Выход счетчиков ДЗ Д 4,Д 5 является первым выходом 24 блока 10, адрес (номер считываемого бита вдоль линии сканирования) с которого поступает ца первый вход 21 блокауправления. Выходы схемы управления являются вторым, третьим, пятым и шестым выходами 25 - 29 блока 10, сигналы управления и си 11 хрониздции с которых поступают соответственно на ьторой вход блока 13 суммирования, на второй вход блока 12, ца втсрой и третий входы блока 11 аналого-цифрового преобразования.Фотоприемник фотоприемного блока О выполнен ца базе однострочного сканирующего эле.;ента (линейного ПЭС) 1200 ЦЛ. Выходные сигналы изображения, считанные с линейного ПЭС, усиливаются усилителем ДЛ 2 и фиксируюгся узлом выборки и хранения ЧА 2 на время до прихода следующего зарядового пакета с выхода линейного ПЗС и далее поступают на вход блока 11. Управляющие импульсы 1 Ф, Ф 2, ФЗ, формируются схемой коммутатора фаз, каждая последовательность имеет период 6 Т (где Т - период следования тактовых импульсов генератора Д 1) и сдвинута относительно друг друга соответственно ца 2 Т. Эти импульсы используются для формирования сигналов управления сдвиговым регистром линейной ГЭС и синхронизации работы блоков 11 - -13. Блок0 работает в жду 1 цем режиме. Сигнал Запуск скана (выход 2 блока 1) поступает ца вход одновиб)р Тора Д 6. . Задним фронтом их 1 пхгьсд одновибрдтора триггеры Д 7 1,Д 7.2. уст 11 ц 11 влив 11- ются, разрек 1 дя с 1 гцдлом ЭК 1)11 бот к 1)мххтаторд фдз. При этом ц 1 чиндет очи Г 11 ть дво. ичныЙ счетчик 33, (4,Д 5110 прохождении БосыИ им их л ьсов ФЗ триггер Д 7.1 сбрдсыв 1 ется. При эгом сраба.5тывает одновибратор Д 6,2, сбрасывая по цепи й счетчик ДЗ, Д 4, Д 5, это приводит к выключению из видеосигнала первых восьми битов, не несущих информации об изображении.Одновременно при наличии сигнала Запись маски 3 м (третий выход блока 1) на входе 2 блока 10 происходит установка триггера Д 2, сигналом которого (с шестого выхода блока 10) управляется режим работы аналого-цифрового преобразователя блока 11 (выдача выходной инфорМации в прямом или инверсном коде). Далее счетчик ДЗ, Д 4, Д 5 продолжает считать с нуля. Таким образом, каждому считанному зарядовому пакету с ПЗС линейки соответствует координата (номер) на вь 1 ходах счетчика. После прохождения еще 1024 импульсов сигналом СТ сбрасываются триггеры Д 7.2, Д 2.2, при этом сигналом ЭК останавливается работа коммутатора, При приходе следующего запускающего импульса на вход 1 цикл повторяется.На выходе 5 блока 10 формируется сигнал страба преобразования, который поступает на вход 2 блока 11 аналого-цифрового преобразования. На вь 1 ходе 2 блока 10 формируются импульсы, которые поступают на вход 2 блока 13 суммирования и используются для формирования сигнала требования прямого доступа к памяти.Блок 11 аналого-цифрового преобразования (АЦП) предназначен для преобразования амплитуды сигнала в соответствующий ей цифровой код. В качестве АЦП используется шестирядный АЦП П 07 ПВ 1.Блок 2 предназначен для хранения изображения маски. Емкость памяти в данном случае 1024 6 разрядных слов. С выхода блока АЦП 11 цифровой код сигнала поступает на соответствующий вход в блок 12. Блок 13 суммирования предназначен для сложения прямого и инверсного кодов сигналов изображения, формирования сигналов требования прямого доступа к памяти блока 1, а также может быть дополнительно использован для ввода координат границ переходов изображения с черного поля на белое и с белого поля на черное.Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии кассеты с контролируемыми структурами располагаются на координатном столе блока 2 перемещения структуры таким образом, что первая ячейка кассеты с контролируемым кристаллом находится в поле зрения фотоприемного блока 10. В регистре вывода блока 1 управления устанавливаются начальные формы шаговых двигателей по координатам Х и у (разряды 07), которые с выхода 14 поступают на вход блока 2. Далее устанавливается сигнал ЗМ (разряд 11), разрешающий формирование в блоке 10 сигналов записи маски для блока 12 (с выхода 3) 6и устанавливает разрешение выдачи информации блокам АЦП 11 в инверсном коде.При этом также устанавливается сигнал, который поступает на вход блока 3, который включает осветитель блока 5. Свет от лампы-вспышки блока 5 фокусируется конденсатором на контролируемой структуре и, отражаясь от нее, проходит через фокусирующий блок 7, который с помощью блока 9.оптического увеличения формирует 1 О темнопольное изображение контролируемойструктуры на мишени фотоприемника фотоприемного блока 10. Блок 8 пространственного фильтра не оказывает в этом случае заметного влияния на формируемое изображение, так как при наклонной подсветке поверхности кристалла интегральной схемы в апертуру фокусирующего блока 7 понадает, в основном, диффузно рассеянный свет, т.е. свет, рассеянный металлизированной разводной и контактными площадками, а свет, отраженный от поверхности кристалла, не попадает в апертуру фокусирующего блока 7. Пространственный спектр диффузно-рассеянного света мало ослабляется блоком пространственного фильтра 8, так как он не локализован в какой-то кон кретной области, а относительно равномернозаполняет спектральную плоскость. Таким образом, на мишени фотоприемного блока 10 формируется темнопопьное изображение поверхности кристалла, т.е. рисунка метгллизации, Поскольку качество металл изации уже было проверено на предыдущей операции контроля внешнего вида, а дефекты диэлектрического покрытия практически незаметны при выбранном боковом освещении, это изображение является своего рода маской-эталоном.По сигналу с выхода 15 блока 1 управления, поступающему на вход 17 блока 10, изображение, сформированное на мишени фотоприемного блока 10, считывается и с выхода 27 блока 10 поступает на первые вход 40 3 блока 1 О, при этом по сигналу блока 1управления поступает на вход 18 блока 10 и далее с выхода 29 - на третий вход блока 11 АЦП. Блок 11 АЦГ 1 устанавливается в режим выдачи информации в инверсном коде. Блок 11 АЦП преобразует выходные сигналы фотоприемника блока 10 в соответствующий им цифровой код, который поступает на третий вход блока 12 и записывается, причем адрес ячейки памяти определяется текущим номером считываемой ячейки линейного Г 1 ЗС фотоприемного блока 10. Текущий адрес ячейки памяти блока 12 и синхроимпульсы записи формируются соответственно на выходах 24 и 26 первом и третьем блока 10 и поступают на первый и второй входы блока 12, Таким обра зом, электронная маска представляет эталонную информацию об участках структуры, на которых могут находиться и дефекты; но при темноиольном изображении их нсФормула изобретения 7видно. Ценность этой информации в том, что она содержит координаты краев элементов, на которых могут быть неровности, скругления, углы, не являкициеся дефектами. При другом типе освещения - светлопольном - - все эти углы, скругления и неровности по яркости соизмеримы с царапинами, проколами и другими дефектами, информацию о которых необходимо выделить, Выделение информации о дефектах происходит за счет вычитания видеосигналов от одного и того же участка структуры при разных типах освещения.После записи маски по сигналу третьего выхода 26 блока 1 управления блок 3 включает блок 4. Пучок его света расширяется и формируется блоком 6 и после прохождения через фокусирующий блок 7 освещает контролируемую структуру. Свет, отраженный от контролируемой структурь 1, формируется фокусирующим блоком 7 в спектр пространственных частот в плоскости блока 8 пространственного фильтра, который блокирует спектр, соответствующий правильному с прямыми краями рисунку контролируемой структуры. Блокирующие ромбов- видные диафрагмы блока 8 вь 1 браны с небольшим запасом по ширине с тем, чтобы они блокировали спектр контролируемой структуры при небольших угловых смещениях последней в пределах ячейки кассеты, в которой она размещена. Спектр разного рода неровностей, царапины углов и скруглений пропускается блоком 8 пространственного фильтра, так как он размазан по всей плоскости фильтра и не локализован в определенных областях. Этот спектр преобразуется блоком 9 оптического увеличения в изображение, формируемое на мин 1 ени фотоприемного блока 1,0. Это изображение, кроме дефектов структуры, таких как царапины, сколы, загрязнения, содержит информацию о краях метализированного рисунка, об углах, скруглениях, которые не являются дефектами и при вычитании устраня)отся.Изображение, сформированное на мишени фотоприемного блока 10 при перпендикулярном подсвете структуры блоком 4 и по сигналу с выхода 15 блока 3 управления, считывается, поступает ,на впервый вход блока 11 АЦП и преобразуется в цифровой код, который поступает на суммирующий вход блока3 суммирования. При этом, при отсутствии сигнала на выходах 26 и 29 блока 1 О отсутствуют соответственно сигналы записи маски и инвертирование кода, Это соответствует установке выдачи информации в прямом коде для блока 11 АЦП и установке режима чтения ОЗУ блока2, которое было записано при наклонном освещении структуры. 1-1 а суммирующий вход блок 13 суммирования поступает сигнал с выхода блока 12. Блок 13 производит сложение изображения, записанного в инверсном коле в блоке 12 в такте 5 10 ; с 20 25 30 Зс 40 8вкл 1 ойгния блока 5 и изооражгния, считываемого с блока 11 АЦП, в такте включения блока 4. Появление высокого уровня на выходе блока 3 свидетельствует о нахождения дефектного участка, при этом появляются имп)льсы, поступают на Второй вход блока 3 с выхода 25 блока 10. Эти импульсы пост) идют на вход 23 блока 1 управления и являются сигналами, ъ)нициируюгцими ввод в ОЗУ блока 1 управления состояния его входов 21 и 22, а именно Ввод цифрового кола амплитуды и коорли- НВТЫ ЛгфСКТНОГО уГЯВСТКд.Далее блок 1 управления вырабатывает (Выход 1) сигналы шаГОьы.111 ДВиГателями олока 2, при этом производится перемещение координатного стола на шаг. После этого блок 1 управления Вырабатывает сигналы, которые с выхода 3 поступа 1 от в блок попеременного Включения осветителей 3, который в свою очередь включает поочередно осветители блоков 4 и 5. Г 1 ри этом начинается следующий цик) вычитания и обнаружения дефектов. В простейшем случае процесс обнаружения дефектных участков оканчивается выводом их координат и амплитуд нд экран дисплея, так как само выявление дефектов производится аппаратными методами.Дефекты разделения (царапины, сколы, загрязнения пассивирующего слоя) имеют наибольший контраст в пространственно-отфильтрованном изображении, но из-за неполного подавления информации о краях, углах, скруглениях дефекты видны на фоне контуров топология. Основной вклад в контурное изображение лает рисунок металлизации, т.е. металлизация имеет повышенный КОНТР ДСТ ИЗООРДЖЕНИЯ И Х Д Рд К ГЕРИЗУ ЕТСЯ диффузным отражениемУстройство позволяет выч)ггдть из пространственно отфильтрованного изображения, содержащего изображения дефектов и контуров рисунка, изображение рисунка металлизации, содержащего контуры, и тем самым подавить изображения контуров,повысив точность и надежность выявления дефектов. ЪстРОйстВО ллЯ контРОЛЯ ГОлУРРОВОлниковой структуры. содержащее блок управления, блок перемещения структуры, вход которого подкл 1 ачгн к первому выходу блока упраьления, блок осве)цения по нормали стр 7 ктуры, оптически связанные с ним и последовательно расположенные блок перелачи освещения, блок оптического увеличения и фотоприемный олок, оптически связанный с блоком передачи освещения фокусиру 1 ощи 11 блок, ирелндзндчен лля фокусировки светового потокаа полупроводниковую структуру, первый Вхол фотоприемного б)локд соединен с вторым выходомолока уп)ав.ени 51, 2)т.222 чй)О 221 ееся тсм, что, с иелък) повы 1 пени 5 н 2)деж нос ги и 1 Очности Обнар жени 51 дефектов, оно снаожсно Олоком пространственного фильтра, располо)кенным ме)кду блоком передачи освсшения и блоком оптического увеличения, блоком управления освещением структуры, блоком углового освенения структуры, блоком аналого-цифроього преобразования, блоком хранения бездефектного изображения структуры и блоком суммирования, блок пространственного фильтра размещен в обцей фокальной плоскости фоксируюпего блока и блока онтичс ского увеличения, расположенных конфокально, первый и второй выходы блока управления освещение 1 структуры связаны соответственно с входами блоков углового освещения структ,ры и освещения по нормали, а вход - с третьим выходом блока управления, четвертый и пятый выходы которого связаны соответственно с первым входом суммирующего блока и вторым входом фотоприемного блока, первый выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока хранения бездефектного изображения структурь., второй выход - с вторым входом блока суммирования, третий выход - с вторым входом блока хранения бездефектного изображения, четвертый, пятый и шестой выходы - соот)г ветственно с первым, вторым и третьимвходами блока а налого-цифрового преобразования, выход которого связан с третьими входами блока суммипования и блока бездефектного хранения изооражения структуры. выход которого связан с четверть м входом блока суммирования, первый и второй выходы которого связань соответственно с вторым и третьим входами блока управления.